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原文传递敏捷卫星姿态往复快速摆动的执行机构配置及控制方法

专利名称：	敏捷卫星姿态往复快速摆动的执行机构配置及控制方法
摘要：	本发明公开了敏捷卫星姿态往复快速摆动的执行机构配置及控制方法，所述执行机构设置为复合姿态控制执行机构，包括控制力矩陀螺以及反作用飞轮，所述控制力矩陀螺以及反作用飞轮的数量均设置为两个，以敏捷卫星平台为中心构建直角三维坐标系Oxyz，两个所述反作用飞轮分别安装在y,z轴上且其转子转动正方向分别朝向y,z轴负方向，两个所述控制力矩陀螺的框架轴安装方向与y轴平行，且构成双控制力矩陀螺结构，其输出的控制力矩作用在x轴方向。其控制方法包括构建动力学、运动学方程以及设计控制器，继而控制卫星的姿态机动。上述执行机构配置及控制方法有效实现了卫星姿态大角度往复快速摆动。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	武汉大学
发明人：	黄頔;曾国强;左玉弟;高玉东
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-31T00:00:00+0800
申请号：	CN201910091466.X
公开号：	CN109823572A
代理机构：	长沙国科天河知识产权代理有限公司
代理人：	邱轶
分类号：	B64G1/28(2006.01);B;B64;B64G;B64G1
申请人地址：	430071 湖北省武汉市洪山区珞喻路129号
主权项：	1.一种敏捷卫星姿态往复快速摆动的执行机构配置方法，其特征在于：所述执行机构设置为搭载安装在敏捷卫星平台上的复合姿态控制执行机构，包括控制力矩陀螺以及反作用飞轮，所述控制力矩陀螺以及反作用飞轮的数量均设置为两个，其配置方法为：以敏捷卫星平台为中心构建直角三维坐标系Oxyz，其中，两个所述反作用飞轮分别安装在y,z轴上且其转子转动正方向分别朝向y,z轴负方向，两个所述控制力矩陀螺的框架轴安装方向与y轴平行，且构成双控制力矩陀螺结构，其输出的控制力矩作用在x轴方向，其中x轴为敏捷卫星的滚转轴，敏捷卫星在x轴方向具备快速机动能力，通过控制力矩陀螺控制敏捷卫星绕滚转轴往复快速机动，反作用飞轮控制敏捷卫星在y、z两轴方向上的姿态稳定。 2.根据权利要求1所述的敏捷卫星姿态往复快速摆动的执行机构配置方法，其特征在于：两个所述的控制力矩陀螺结构参数相同。 3.根据权利要求1所述的敏捷卫星姿态往复快速摆动的执行机构配置方法，其特征在于：两个所述的控制力矩陀螺结构的框架轴互相平行，转速相等但相反，一个框架轴转动角速度矢量方向沿y轴正方向，另一个框架轴转动角速度矢量方向沿y轴负方向。 4.根据权利要求1所述的敏捷卫星姿态往复快速摆动的执行机构配置方法，其特征在于：两个所述的控制力矩陀螺结构的框架角及框架角速度等值反向。 5.应用权利要求1-4中任一项所述的敏捷卫星姿态往复快速摆动的控制方法，其特征在于：包括构建基于所述复合姿态控制执行机构的卫星姿态动力学模型，具体步骤是利用矢量力学的建模方法，首先建立包括控制力矩陀螺以及反作用飞轮在内的整星关于其系统质心的角动量方程，然后利用角动量定理得到系统角动量变化与力矩之间的关系，最后再将上述方程向卫星本体系进行投影，继而建立卫星姿态动力学模型；构建基于所述复合姿态控制执行机构的卫星姿态运动学模型，具体步骤是利用四元数姿态参数表示方法，首先建立卫星在本体系下的姿态运动学方程，然后根据期望姿态四元数及当前姿态四元数的关系，建立卫星姿态运动学误差方程；利用所构建的敏捷卫星姿态动力学及运动学模型，设计基于复合姿态控制执行机构，且能控制敏捷卫星按照期望姿态进行机动的姿态控制器。具体步骤是首先针对姿态误差系统构造系统的Lyapunov函数并对其求导，然后利用Lyapunov定理和LaSalle不变集原理，设计姿态控制器，通过姿态控制器输出指令信号，将指令信号输入所述复合姿态控制执行机构，继而使得复合姿态控制执行机构控制卫星按照期望姿态进行机动。
所属类别：	发明专利